Курс C++: Целочисленные типы

Целые числа представляют собой бесконечное множество, и в конечном объеме памяти компьютера нельзя представить их все. Таким образом язык может представить только подмножество целых чисел. Отсюда следует определение типа, тип данных - это возможное множество значений.

Разнообразные целочисленные типы в С++ отличаются друг от друга объемом памяти, выделяемым для хранения целого значения. Чем больше объем памяти, тем шире диапазон предоставляемых целочисленных значений.

В С++ базовыми целочисленными типами, в порядке увелечения ширины, являются: char, short, int, long и long long. Каждый из этих типов имеет версии со знаком и без знака. Таким образом, на выбор предоставляется десять целочисленных типов. Давайте познакомимся с ними поближе:

• short - имеет ширину не менее 16 бит и хранит диапазон чисел от - 32768 до 32767
• int - имеет гарантированную ширину, как минимум такую же как short и диапазон чисел от -2 147 483 648 до 2 147 483 647
• long - имеет ширину не менее 32 бит и хранит диапазон чисел от -2 147 483 648 до 2 147 483 647
• long long - имеет ширину не менее 64 бит и хранит диапазон чисел от -9 223 372 036 854 775 808 до 9 223 372 036 854 775 807

Посмотреть ширину типа в вашей системе можно с помощью оператора sizeof(), а диапазоны с помощью символических констант, подключив заголовочный файл стандартной библиотеки climits.

#include <iostream>
#include <climits>

int main() {
  std::cout << "Integer range: from"
          << INT_MIN << " to " << INT_MAX << std::endl;
  std::cout << "Int type: " << sizeof(int) << " byte" << std::endl;
}

  Integer range: from-2147483648 to 2147483647
  Int type: 4 byte

Стоит сказать, что минимальную ширину типа гарантирует язык, а максимальная зависит от архитектуры процессора.

Каждый из вышеприведённых типов может быть беззнаковым, то есть хранить только неотрицательные числа. За счет этого можно увеличить значение, которое может хранить переменная. Например, если short представляет диапазон от -32 768 до 32 767, то unsigned short от 0 до 65 532:

#include <iostream>
#include <climits>

int main() {
  std::cout << "Int max: "
            << UINT_MAX << std::endl;
  std::cout << "Int type: " << sizeof(unsigned int) << " byte" << std::endl;
}

  Int max: 4294967295
  Int type: 4 byte

Видно, что верхняя граница увеличилась в два раза, нижняя будет смещена к нулю, но на количестве выделенной памяти это не сказалось. Такое поведение связано с тем, что для хранения отрицательных чисел используется дополнительный бит.

Что будет если в беззнаковую переменную сохранить отрицательное число или выйти за пределы диапазона знаковой переменной:

#include <iostream>
#include <climits>

#define ZERO 0 // определим символьную константу со значением 0

int main() {
  int int_number { INT_MAX }; // 2147483647
  unsigned u_int_number { ZERO }; // 0

  std::cout << "new value int_number: "
            << int_number + 1 << std::endl;
  std::cout << "new value u_int_number: "
            << u_int_number - 1 << std::endl;
}

  new value int_number: -2147483648
  new value u_int_number: 4294967295

Произошла потеря значимости, то есть в обоих случаях мы получили числа другой границы диапазона и компилятор на это не указал. За этим надо следить особенно если вы работаете с большими числами.

Из всего вышесказанного возникает вопрос: Зачем такой богатый набор типов данных? Допустим, что вы пишете программу для контроллера микроволновой печи и вам известно, что данные которыми будет оперировать программа - это положительные числа, значение которых не превышает 32 000. Естественно ваш выбор падет на unsigned short и если у вас большой массив данных, можно существенно сэкономить память.

В остальных случаях, тип int имеет наиболее естественный размер целого числа для целевого компьютера. Под естественным размером подразумевается целочисленная форма, которую компьютер может обработать наиболее эффективным образом.

Задание

Допишите консольную утилиту, которая принимает в качестве аргумента количество секунд и преобразует их в количество дней. Выведите результат на экран. Этап получения аргумента и преобразование его в число уже написан, вам надо дописать логику преобразования секунд в дни.

Пример вывода:

  86400 seconds = 1 days